CN100391569C - 分离聚氨酯加成物中游离单体的薄膜处理设备 - Google Patents

Abstract

一种分离聚氨酯加成物中游离单体的薄膜处理设备，包括薄膜蒸发器，薄膜蒸发器内设置有搅拌主轴，搅拌主轴上设置有搅拌刮板，薄膜蒸发器上设置有进料口，二次蒸气出口和卸料口，搅拌主轴上设置有固定直搅拌刮板、固定螺旋搅拌刮板和固定螺旋搅拌刮板；薄膜蒸发器上设置有两个及以上的二次蒸气出口。活动搅拌刮板铰接在搅拌主轴上，沿搅拌主轴径向布置两到八列，每列设置一层及以上的活动搅拌刮板。固定直搅拌刮板固接在搅拌主轴上，沿搅拌主轴径向布置两到八列，每列为单片的固定直搅拌刮板。本发明结构简单合理、操作简便、工作效率高、可用来分离热敏性粘度变化跨度大的溶液中的溶剂和溶质，特别是分离聚氨酯加成物中的游离单体。

Description

分离聚氨酯加成物中游离单体的薄膜处理设备

技术领域

本发明涉及一种分离聚氨酯加成物中游离单体的薄膜处理设备。

背景技术

目前聚氨酯涂料在中国的发展非常迅猛，是现有溶剂型涂料中的最大品种，聚氨酯涂料的漆膜具有硬度高、韧性好、耐化学品、干燥快等优点，故其被广泛应用于汽车、建筑和电器上，并在家具家装涂料中占据统治地位。

聚氨酯加成物常用作聚氨酯涂料的多异氰酸酯组分，实际生产中常用二异氰酸酯与多元醇反应合成。在反应合成中，由于有少量的二异氰酸酯单体没有参与反应，而残留在体系之中，在施工和干燥过程中，这些二异氰酸酯单体挥发出来，对人体健康和周围环境将产生极大的危害。

再加上国内生产处理工艺不太理想，聚氨酯固化剂存在游离单体含量高、粘度大、毒性大等缺点。

目前通常采用薄膜处理设备蒸发聚氨酯固化剂中游离的二异氰酸酯单体以得到低游离二异氰酸酯单体的多异氰酸酯。

中国专利CN2551311对薄膜蒸发设备进行改进，采用循环的方式进行分离，在一定程度上可提高产品纯度；但其仅适用于非热敏物质，对于热敏性物质如多异氰酸酯，长期循环加热将导致物料老化，性能下降，色泽加深。

薄膜蒸发设备中有一种短程薄膜蒸馏设备，也叫分子蒸馏法，其分离的原理与薄膜蒸发法完全一致。其显著的特点是TDI的二次蒸气在设备内部迅速冷却并排出体系。分子蒸馏法(短程薄膜蒸发法)适用于粘度较低的物料分离，而薄膜蒸发器能够处理的物料粘度高很多，例如以TMP为主的多元醇的TDI加成物。

中国专利CN1583846A报道，采用内冷式(短程薄膜蒸馏法)或外冷式薄膜蒸发器，通过三级分离，游离TDI含量低于0.5％(75％固体含量计)。其显著的特点是利用了高沸点的夹带剂，将残余的异氰酸酯单体在高温下蒸发出来。这种夹带剂的使用必然会增加产品的成本；同时夹带剂中含有游离单体，存在夹带剂难于回收利用的问题；同时产品中也会残留较多的夹带剂，由于夹带剂的沸点高，在使用过程中的挥发困难，对产品的终端用途产生不良影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单合理、操作简便、工作效率高、可用来分离热敏性粘度变化跨度大的溶液中的溶剂和溶质的分离聚氨酯加成物中游离单体的薄膜处理设备，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种分离聚氨酯加成物中游离单体的薄膜处理设备，包括薄膜蒸发器，薄膜蒸发器内设置有搅拌主轴，搅拌主轴上设置有搅拌刮板，薄膜蒸发器上设置有进料口，二次蒸气出口和卸料口，其结构特征是搅拌主轴上设置有活动搅拌刮板和固定直搅拌刮板，或活动搅拌刮板和固定螺旋搅拌刮板，或固定直搅拌刮板和固定螺旋搅拌刮板，或活动搅拌刮板、固定直搅拌刮板和固定螺旋搅拌刮板；活动搅拌刮板和/或固定直搅拌刮板和/或固定螺旋搅拌刮板依次相接；薄膜蒸发器上设置有两个及以上的二次蒸气出口。

上述的活动搅拌刮板铰接在搅拌主轴上，沿搅拌主轴径向布置两到八列，每列设置一层及以上的活动搅拌刮板。

上述的固定直搅拌刮板固接在搅拌主轴上，沿搅拌主轴径向布置两到八列，每列为单片的固定直搅拌刮板。

上述的固定螺旋搅拌刮板呈螺旋结构固接在搅拌主轴上，搅拌主轴上设置有两到八个固定螺旋搅拌刮板。

上述的二次蒸气出口设置在薄膜蒸发器上段和/或下段，数目为两个至八个。

上述的二次蒸气出口有三个，于薄膜蒸发器上段处设置有一个，于薄膜蒸发器下段处有两个。

上述的薄膜蒸发器二次蒸气出口与热交换器相连通；热交换器依次与二次蒸气收集容器、真空设备相接。

上述的薄膜蒸发器于进料口处设置有布料器，布料器和搅拌主轴以及搅拌刮板同心。

上述的薄膜蒸发器周围设置有加热装置；卸料口通过一液体传动装置与兑稀容器连接。

本发明针对现有薄膜蒸发法采用三级薄膜分离设备投资大、生产工艺复杂、产品中含有夹带剂等缺点，提供一种采用单级薄膜分离异氰酸酯的薄膜处理设备，可一次蒸发出游离单体小于0.5％，固含量75％以上的多异氰酸酯产品，减少投资，简化工艺，极大的提高了生产效率。

本发明的工作原理可解释为：活动搅拌刮板适合于低粘度物料，螺旋搅拌刮板适合于高粘度物料，而直搅拌刮板则介于两者之间。随着二异氰酸酯的分离，异氰酸酯混合物的粘度急剧增加，而已知文献中仅用上述三种刮板中的其中一种刮板，都因为粘度的不匹配影响了实际的工作效率，因此，本发明将三种刮板同时在同一台薄膜蒸发器中组合，极大的提高了分离效率；已知文献中仅用上出口或下出口作为二次蒸气的出口，增加了部分二次蒸气的逸出距离，造成二次蒸气在薄膜蒸发器内的冷凝，影响了分离效率，而本发明的多出口设置则缩短了二次蒸气的逸出距离，提高了分离效率。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

一、与中国专利CN2551311相比，本发明不使用循环工艺，减少了物料在高温下停留时间，避免了物料老化、性能下降和色泽加深；

二、与中国专利CN1583846A所述的薄膜蒸发法相比，本发明采用单级薄膜，工艺简单，投资少；不加夹带剂，大大降低了生产成本和夹带剂的回收利用问题；固化剂中也不含夹带剂等杂质；物料损耗降到最低；

三、与国内其它现有同类技术相比，本发明已经正常投运生产。

本发明结构简单合理，操作简便、工作效率高、可用来分离热敏性粘度变化跨度大的溶剂中的溶剂和溶质，特别是分离聚氨酯加成物中的游离单体。

附图说明

图1为本发明一实施例结构示意图。

图2为薄膜蒸发器的局部剖视结构示意图。

图3为图2中A-A剖面放大结构示意图。

图4为图2中B-B剖面放大结构示意图。

图5为图2中C-C剖面放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

图中，V1为高位槽，P2为物料输送泵，P1为物料输送泵，V2为重组分接受罐，H2为列管冷凝器，V3为轻组分接受罐，Z1为真空机组，M为防爆电机，L1为热交换器，1为储液容器，2为进料口，3为布料器，4为薄膜蒸发器，5为加热装置，6、7、8为二次蒸气出口，9为兑稀容器，10为热交换器，11为二次蒸气接受容器，12为真空设备，13为活动搅拌刮板，14为固定直搅拌刮板，15为固定螺旋搅拌刮板，16为卸料口，17为温度传感器，20为搅拌主轴，21为机架，22为防爆电机。

参见图1-图5，本分离聚氨酯加成物中游离单体的薄膜处理设备，包括薄膜蒸发器4，薄膜蒸发器的圆筒形处理容器内设置有搅拌主轴20，搅拌主轴20上沿轴向分别设置有活动搅拌刮板13、固定直搅拌刮板14和固定螺旋搅拌刮板15。

活动搅拌刮板13铰接在搅拌主轴20上，沿搅拌主轴20径向布置三列，每列设置十七层的活动搅拌刮板13；固定直搅拌刮板14固接在搅拌主轴20上，沿搅拌主轴20径向布置四列，每列为单片的固定直搅拌刮板；固定螺旋搅拌刮板15呈螺旋结构固接在搅拌主轴20上，搅拌主轴20上设置有四个固定螺旋搅拌刮板。

此处的各搅拌刮板具体数目与布置位置可根据实际情况进行设定，可根据物料量或者物料的黏度组合不同的搅拌刮板。将直搅拌刮板和螺旋搅拌刮板15固接在搅拌主轴上，是为了进一步提高其刚性，因为越往下面，物料的黏度越高。

活动搅拌刮板13、固定直搅拌刮板14和固定螺旋搅拌刮板15依次相接。在实际生产中，可于各种规格的搅拌刮板之间设置过渡搅拌刮板。

薄膜蒸发器4上的二次蒸气出口有三个，于薄膜蒸发器4上段处设置有一个，于薄膜蒸发器下段处有两个。

视薄膜蒸发器高度和搅拌程度，可于薄膜蒸发器4上段和下段设置更多的二次蒸气出口。薄膜蒸发器4二次蒸气出口与热交换器10相连通；热交换器10依次与二次蒸气收集容器11、真空设备12相接。

薄膜蒸发器4设置有顶部进料口2，底部设置有卸料口16，薄膜蒸发器4于进料口2处设置有布料器3，布料器3和搅拌主轴20以及搅拌刮板同心。为了增加物料的流动性，于薄膜蒸发器4周围设置有加热装置5。卸料口16通过一液体传动装置与兑稀容器9连接。

本设备的操作方式如下：

起动设备真空12，达到分离真空度1Pa～800Pa，最佳真空度为10Pa～500Pa，将加热装置5中的加热介质加热到80℃～210℃，最佳加热温度为100℃～190℃。其中的加热介质可为蒸气或热油。

容器1中含有二异氰酸酯的多异氰酸酯物料——可以在预调温状态——连续从进料口2送入薄膜蒸发器4中，在那里经布料器3作用分布在薄膜蒸发器4内壁上，并被搅拌主轴20上的活动搅拌刮板13刮成薄膜，由于粘度较低，物料可被活动搅拌刮板13刮成相对较薄的膜，二异氰酸酯在加热和真空下逸出。随着二异氰酸酯的逸出，物料的粘度逐渐增加，到达到图2中的a点时，物料的粘度较大，活动搅拌刮板已不能将其刮成薄膜，这时搅拌主轴20上的活动搅拌刮板已变为固定直搅拌刮板14，固定直搅拌刮板可继续保持物料成为薄膜，当物料达到图2中的b点时，物料粘度进一步增加，这时固定直搅拌刮板虽可以将物料刮为薄膜，但物料已难以在重力的作用下向下流动，此时，搅拌主轴20上的固定直搅拌刮板变为固定螺旋搅拌刮板，在固定螺旋搅拌刮板将物料进一步形成更薄的薄膜的同时，给物料保持一个向下的推力，最终分离好的物料经卸料口16排出。卸料口16通过液体传动装置连接兑稀容器9。兑稀容器中预先放入兑稀溶剂，兑稀进入的已分离多异氰酸酯，排出的物料进入兑稀容器9进行兑稀。此时可得到低游离单体的多异氰酸酯加成物。

在物料通过薄膜蒸发器4形成不同厚度薄膜的过程中，不断逸出的二异氰酸酯形成二次蒸气，二次蒸气可就近通过上出口6、下出口7与8逸出，二次蒸气出口6，7和8连接一个制冷的热交换器10，以冷却蒸发的二次蒸气。多出口的设置减少了二次蒸气在薄膜蒸发器4内的重新冷凝，二次蒸气到达热交换器10，冷凝后收集到二次蒸气接受容器11中。热交换器10的另一端通过二次蒸气收集容器11连接真空设备12，以便于二次蒸气的逸出及收集。

下面为两个具体的生产例子。

实施例1

将含有20％游离TDI的TDI-TMP加成物(预热到100℃)连续通过薄膜处理设备，其中薄膜蒸发器的分离面积为0.5平方米，搅拌主轴由上到下带活动搅拌刮板、固定直搅拌刮板和固定螺旋搅拌刮板，采用下段二个出口，上段一个出口，薄膜线速度为8m/s，分离温度180℃，分离真空230Pa，每小时处理量为47kg，分离后固化剂指标见下表：

指标	值
		色泽(Pt-Co比色)，号	20
外观	透明
		不挥发份，％	74.7
游离TDI含量，％	0.231
		NCO含量，％	12.9
粘度，mPa.s	1270

实施例2

将含有20％游离TDI的TDI-TMP加成物(预热到100℃)连续通过薄膜处理设备，其中薄膜蒸发器的分离面积为2平方米，搅拌主轴由上到下带活动搅拌刮板、直搅拌刮板和螺旋搅拌刮板，采用下段一个出口，上段两个出口，薄膜线速度为8.4m/s，分离温度180℃，分离真空238Pa，每小时处理量为184kg，分离后固化剂指标见下表：

指标	值
		色泽(Pt-Co比色)，号	20
外观	透明
		不挥发份，％	75.1
游离TDI含量，％	0.242
		NCO含量，％	13
粘度，mPa.s	1350

Claims (9)

1.一种分离聚氨酯加成物中游离单体的薄膜处理设备，包括薄膜蒸发器(4)，薄膜蒸发器内设置有搅拌主轴(20)，搅拌主轴上设置有搅拌刮板，薄膜蒸发器上设置有进料口(2)，二次蒸气出口和卸料口(16)，其特征是所述的搅拌主轴上设置有活动搅拌刮板(13)和固定直搅拌刮板(14)，或活动搅拌刮板(13)和固定螺旋搅拌刮板(15)，或固定直搅拌刮板和固定螺旋搅拌刮板，或活动搅拌刮板、固定直搅拌刮板和固定螺旋搅拌刮板；活动搅拌刮板和/或固定直搅拌刮板和/或固定螺旋搅拌刮板依次相接；薄膜蒸发器上设置有两个及以上的二次蒸气出口。

2.根据权利要求1所述的分离聚氨酯加成物中游离单体的薄膜处理设备，其特征是所述的活动搅拌刮板(13)铰接在搅拌主轴(20)上，沿搅拌主轴径向布置两到八列，每列设置一层及以上的活动搅拌刮板。

3.根据权利要求1所述的分离聚氨酯加成物中游离单体的薄膜处理设备，其特征是所述的固定直搅拌刮板(14)固接在搅拌主轴(20)上，沿搅拌主轴径向布置两到八列，每列为单片的固定直搅拌刮板。

4.根据权利要求1所述的分离聚氨酯加成物中游离单体的薄膜处理设备，其特征是所述的固定螺旋搅拌刮板(15)呈螺旋结构固接在搅拌主轴(20)上，搅拌主轴(20)上设置有两到八个固定螺旋搅拌刮板。

5.根据权利要求1所述的分离聚氨酯加成物中游离单体的薄膜处理设备，其特征是所述的二次蒸气出口设置在薄膜蒸发器(4)上段和/或下段，数目为两个至八个。

6.根据权利要求5所述的分离聚氨酯加成物中游离单体的薄膜处理设备，其特征是所述的二次蒸气出口有三个，于薄膜蒸发器(4)上段处设置有一个，于薄膜蒸发器下段处有两个。

7.根据权利要求5所述的分离聚氨酯加成物中游离单体的薄膜处理设备，其特征是所述的薄膜蒸发器(4)二次蒸气出口与热交换器(10)相连通；热交换器(10)依次与二次蒸气收集容器(11)、真空设备(12)相接。

8.根据权利要求1所述的分离聚氨酯加成物中游离单体的薄膜处理设备，其特征是所述的薄膜蒸发器(4)于进料口(2)处设置有布料器(3)，布料器和搅拌主轴(20)以及搅拌刮板同心。

9.根据权利要求1所述的分离聚氨酯加成物中游离单体的薄膜处理设备，其特征是所述的薄膜蒸发器(4)周围设置有加热装置(5)；卸料口(16)通过一液体传动装置与兑稀容器(9)连接。

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